JP5389329B2 - 回転ポンプ、回転ポンプを有する流体ミキサ、及び流体処理のための回転ポンプの利用法 - Google Patents

Description

本発明は、回転ポンプ、この種の回転ポンプを有する流体ミキサ、及び懸濁液処理のための回転ポンプの利用法に関する。

多くの工業プロセス、例えば半導体及びチップの製造において、制御された態様で懸濁液を混合し、ノズル又は類似の装置を介してそれらを供給する必要がある。半導体産業で使用されるような化学機械的研磨プロセス（ＣＭＰ、化学機械的平削り）は、重要な例として挙げられる。これらのプロセスでは、スラリと呼ばれ、一般に微小固体物質粒子及び液体からなる懸濁液が回転するウェハに加えられ、そこで極めて精細な半導体構造体の研磨又はラップ仕上げのための働きをする。別の例には、付着力、換言すればファンデルワールス力による記録ヘッド／読取りヘッドの付着を防ぐために、ウェハ上にフォトレジストを適用するか又はコンピュータ・ハードドライブの表面を粗くするものがある。

これに基本的に適していて従来技術として知られている供給装置を図１に示す。本発明の実施例と従来技術とを区別するために、従来技術の装置に関する部品には図中の符号にアポストロフィ(‘)が付され、本発明の実施例の部品にはアポストロフィ付されていない。

図１の既知の供給装置１’は、流体、例えばスラリ、を充填される貯蔵容器２’を含む。貯蔵容器２’は、再循環ポンプＲ’を通って貯蔵容器２’の流入口６’へ延びる圧力管路５’が取り付けられている流出口４’を有する。複数の抽出箇所７’が、再循環ポンプＲ’の下流の圧力管路５’に設けられ、これらの抽出箇所は、通常ツールと称されて流体を例えばウェハ上に供給するためのノズル等の装置に通じている。各抽出箇所７’には、それぞれの装置への流れの接続を開閉するために弁８’が設けられている。抽出箇所７’が全て閉じていると、再循環ポンプＲ’は、単に流体の循環を生じさせるだけであり、したがって、貯蔵容器２’内の流体の局部的に限定されたわずかな撹拌が生じるだけである。

圧力管路５’及び開いた抽出箇所を通して流体を運び、そこで利用可能にする所望の圧力は、貯蔵容器２’内の流体の圧力排出によって生成されるか又は影響される。また、貯蔵容器２’には流入口１０’が設けられ、これを通って矢印Ｇで示されるように圧力媒体が制御弁１１’を介して貯蔵容器内へ運ばれる。気体、例えば窒素が圧力媒体として通常使用され、これで例えば５００００パスカル（０．５バール）の超過圧力が貯蔵容器２’内に維持される。

この種の装置には不都合がある。貯蔵容器２’内に超過圧力を生成するために、気密性であるように設計しなければならず、装置はかなり複雑になる。また、液面位が低くなりすぎたときに、貯蔵容器２’への新しい流体の充填が簡単にはできない。貯蔵容器２’内の圧力を変化させ、したがってポンピング圧を変化させるのは、複雑で時間がかかる。さらに、圧力媒体（気体）が流体に入るか又は流体中に溶解し、流体の組成の望ましくない変化を生じることがある。

しかしながら、より重大な問題は、特に、例えばスラリなどの懸濁液中、若しくは分離又は凝集する傾向のある流体中に、再循環ポンプＲ’によって生じる循環が、基本的には、貯蔵容器２’内で一定の混合を生じるために適切な流体の運動を保証するには弱すぎて不規則であるという事実にある。この理由で、貯蔵容器２’内の流体の適切な運動又は混合を長期にわたって保証するために、しばしば追加措置が必要である。

これとは対照的に、欧州特許第１３１８３０６号で提案され、図２に示された流体の混合及び供給用の装置は、かなりの進歩を示している。

欧州特許第１３１８３０６号で提案された図２の供給装置１”は、例えば半導体産業におけるＣＭＰプロセスで使用することができる。これらのプロセスでは、スラリと呼ばれる微小固体物質粒子の懸濁液が回転するウェハ上に液体で加えられ、そこで極めて微細な半導体構造体の研磨又はラップ仕上げのための働きをする。図２に示されない装置又はツールが、各々例えばノズル等の手段を含み、これを使用して、ウェハに流体「Ｆ」を加えることができる。

本明細書では、回転ポンプ（遠心ポンプとも呼ばれる）の語は、送るべき流体に回転によってインパルスを伝える回転子又はベーンを有するポンプ全てを包含する。回転ポンプの語は、特に、遠心ポンプ、軸流ポンプ及びサイド・チャネル・ポンプを含む。回転ポンプでは、流入口と流出口が、一般に一定流量の関係にある。したがって、ポンプ流入口とポンプ流出口の間に、例えば弁は設けられていない。

従来技術として知られている図２の例では、回転子３１”は、流体Ｆ”の混合のために貯蔵容器２”の流出口に直接配置される。回転子３１”は、流体Ｆ”を混合するために、少なくとも部分的に貯蔵容器２”内へ突出している。

すなわち、これは密閉型ポンプ・ハウジングを有する回転ポンプではなく、開放型ポンプ・ハウジングを有する回転ポンプである。

したがって、回転ポンプ３”は、流体Ｆ”のポンピングだけでなく、特に撹拌器として貯蔵容器内の流体Ｆ”を混合する働きをする。この目的のために、回転子３１”は、同等寸法の既知の回転ポンプよりもかなり大きくなるように設計されている複数のベーン３１１”を有する。ベーン３１１”が貯蔵容器２”内に達し、ここで（回転子３１”の回転時に）矢印Ｚ”で示されるように、流体Ｆ”の一定の循環を生じる。

回転子３１”は、貯蔵容器２”の壁の一部を形成する回転子ハウジング３１２”内に配置される。密閉型でなく開放型の回転子ハウジング３１２”は、ここでは貯蔵容器２”の一体部品である。もちろん、別部品としてこの貯蔵容器に取り付けることもできる。

回転ポンプ３”は、固定子コイル３２２”を有する固定子を３２”さらに含み、電気的に回転子３１”を駆動する。固定子３２”は、回転子ハウジング３１２”を囲み、また、固定子３２”は、いわゆるテンプル・モータの固定子として設計されている。これは、固定子３２”が磁束帰還部材によって連結されている複数の固定子歯を有し、各固定子歯が１つの短いアームと１つの長いアームを有するＬ字形に形成されていることを意味する。長いアームは、個々に回転子の回転軸線と平行に延び、短いアームは、回転軸の方向へ放射状に内側に延びる。長いアームは、固定子巻線３２２”を保持する。

図２の装置は、さらに圧力管路４１”を有し、これを通して流体Ｆ”を、前述の、図２には示されていない装置及びツールに送ることができるが、これら装置及びツールによって、例えば流体Ｆ”をウェハ上に送ることができる。

図２の装置で、流体Ｆ”の顕著な混合を実現するためには、貯蔵容器に追加の固定ベーン２１”を設けることが不可欠であり、これが、先ず作動状態で流体Ｆ”の混合を可能にする。

その理由は、図２ａによる、貯蔵容器内にベーン２１”がない装置を見れば、容易に理解可能になる。図２ａには、この種の装置が簡単化されて示されている。

図２ａの装置は、同様に流体Ｆ”用の貯蔵容器２”を含む。貯蔵容器２”の底部に、回転子３１１”を有する回転ポンプ３”が設けられている。回転子３１１”は、タンク２”内で矢印３０００”の方向に回転する。明確化のために、圧力管路４１”は示されていない。

図２ａの装置と、図２に示されたものの間の基本的な相違は、ベーン２１”が存在しないことだけである。

図２ａの容器２”に ベーン２１”がないことは、その容器２”内で流体Ｆ”を十分に混合する能力に大きな影響を及ぼす。図２ａの貯蔵容器２”内での流体の混合は、事実上全く生じない。

これは、貯蔵容器内の流体Ｆ”が、回転子３１”の回転に応じて、矢印Ｐのように回転子３１”の回転方向３０００”と同じ方向に回転され、その結果、容器内に流体表面が漏斗状の渦Ｖ”（渦流Ｖ”とも呼ばれる）が形成されるという事実のためである。少なくとも回転子３１”の近く又は貯蔵容器２”の中心の近傍において、回転する渦流Ｖ”は、回転子３１”の回転速度とほぼ同様になり、実質的に流体Ｆ”内でそれ以上渦巻が起きず、したがって流体Ｆ”の混合は基本的に生じない。

したがって、流体Ｆ”、好ましくは例えばスラリなどの懸濁液の優れた混合を保証するためには、図２に示されるように、安定した渦流Ｖの形成を防ぐ、すなわち流体の回転流を解体するベーン２１”を設ける必要がある。

図２による従来技術のミキサの解決方法の短所は明白である。貯蔵容器２”内のベーン２１”が不可欠であるため、構造が複雑で高価になり、柔軟性がない。それは、単により複雑な構造を意味するだけでなく、点検も複雑になる。例えば、モータの作動中に、複雑なやり方でベーンを取り外して再びはめ込む必要がある。また、装置の清掃が困難になり、結局この構造は、入手時に高価であるとともに、修理及び点検も高価になる。

さらに重大な不都合は、従来技術の装置が、その構造によって、融通性に欠けるものになっていることである。混合プロセスを決定し、また圧力管路４１”が存在する場合にはポンピング・プロセスをも決定する重要なパラメータは、装置の形状又は装置が組み立てられる部品である。例えば、流体Ｆ”の通過混合の程度又は質、及び／又は回転子３１”のポンピング能力に影響を及ぼすことができるものは、回転子３１”の、所定範囲内の回転速度だけである。通過混合を流体力学的に適応させるのはほとんど不可能である。すなわち、貯蔵容器２”内の渦の分布、大きさ及び形状は、貯蔵容器２”内のベーン２１”の形状、大きさ及び配置、並びにそれらの構成要素及び部品によって実質的に決定される。

図２による装置を、諸混合プロセス、諸要件、種々の流体Ｆ”、又は種々の混合条件（例えば、流体Ｆ”の温度、粘性など）に適応させることは、かなりの構造変更をしなければ不可能である。

また、ポンピング・プロセスと混合プロセスは、互いに密接に関連しており、構造上の変更なしに適応させることはできない。

したがって、従来技術に鑑みて、本発明の目的は、上記した欠点のない回転ポンプ及び回転ポンプを有する流体ミキサを提供することにある。

供給装置は、融通性があり、簡単に使用でき、また、特に流体の適切な通過混合を可能にするものにされるべきである。

これらの目的を達成する本発明の主題は、独立請求項に記載の特徴を有する。

従属請求項は、本発明の特に有利な実施例に関するものである。

したがって、本発明は、密閉型ポンプ・ハウジング内に配置されて流体のポンピング用駆動部と作動的に連結された回転子を含み、ポンプ・ハウジングに、ポンプ・ハウジング内に流体を取り入れるための流入開口と、少なくとも部分的に流体で充填された貯蔵容器内へポンプ・ハウジングからの流体を送るための流出開口とを備えた回転ポンプに関する。本発明によれば、流入開口が、貯蔵容器の壁部の一部を形成するポンプ・ハウジングの壁部に設けられていて、該ポンプ・ハウジング内に流体を所定の方向へ流入させるようになっており、流出開口が、ポンプ・ハウジングの前記壁部の、流入開口の外側位置に複数設けられていて、流体を、ポンプ・ハウジングの該壁部から流出開口を通して貯蔵容器へ配管なしで直接供給することができるように構成され、また、各流出開口が、流入開口から離れる方向へ向いている。

ポンプが流出開口を通して貯蔵容器内に流体を送ることが本発明にとって重要であり、このようにすることによって、渦及び流体（例えばスラリなどの懸濁液であり得る）の非常によい混合がもたらされる。本発明によれば、流体は、乳濁液又は２種の液体の混合物でもよく、特に、混合させるのが困難な２種の液体も、回転ポンプを使用して十分理想的に混合され得ることを理解されたい。

特に、貯蔵容器に設けられた回転ミキサが混合を生じさせるわけではないので、流体の優れた混合を妨げるか少なくとも著しく低下させる安定性の渦又は渦流が貯蔵容器内に発生しない。実際、理想的な混合は、１つ又は複数の流出開口を通して、貯蔵容器内へ流体を管路なしで直接ポンピングすることによって実現される。これは、一方では、貯蔵容器の内容物全体が、流出開口から貯蔵容器内へ流れる流体によって理想的に十分に混合され、他方では、流出開口が、貯蔵容器からの流体を送るために外部ポンプ循環路に接続されるのでなく、外部管路への接続なしで貯蔵タンク内へ直接開き、したがって貯蔵容器内の流体を十分に混合する機能を独力で簡単に達成できるからである。

したがって、本発明による流出開口は、貯蔵容器内に実質的に直接吐出する。すなわち、貯蔵容器内の流体の通過混合のために、ポンプ・ハウジング内部から流出開口を介して貯蔵容器内へ向かう流路上に特別な流体流れを生じる手段を使用することなく、流体が、ポンプ・ハウジングの内部から、例えばポンプ・ハウジングに設けた穿孔、ノズル又は小さな管状の突起物として簡単に形成され得る流出開口を通って直接貯蔵容器内へ送られる。したがって、ポンプ・ハウジングの内部から流出開口を通って貯蔵容器内へ入る流体の流れは、基本的に、貯蔵容器内の流体の混合のみの作用を生じる。

一定の、すなわち定常状態の圧力比を与えるので、本発明においては回転ポンプが有効であることが判明した。

例えば、半導体産業では、微細な懸濁液を使用するようになってきている。すなわち、ナノメートル範囲までの小さなサイズの粒子を含んでいて十分に混合するのが特に難しく、連続的且つ一定の混合を維持するのが困難な懸濁液を使用して作業が行われるので、本発明は特に重要である。回転ポンプによって実現される、一定の、すなわち定常状態の圧力条件を実現できることが、半導体産業では特に重要であるが、それは、半導体産業だけのことではない。

例えば図１に示されるもののような従来技術の装置と比較した利点は明らかである。図１に示された例では、貯蔵容器内の流体の混合は、媒体のリターン流によって無視できるほどわずかに行われるにすぎないし、また、ポンプの出口と貯蔵容器内のリターン流を受ける箇所との間での流体の使用の程度に直接関連している。例えば、多量の流体が、例えば研磨プロセスでの使用のためにポンプの出口と貯蔵容器の間で抽出されると、貯蔵容器内への流体のリターン流はわずかであり、それによって、貯蔵容器内での流体の混合は、元々不十分な上にさらに低減される。

例えば極端な場合として、流体が使用されないために図２の装置内のポンプの出口と貯蔵タンクのリターン流を受ける箇所との間で流体が抽出されないときにおいても、流体のリターン流による貯蔵タンク内の流体の混合は依然として非常に不十分である。何故なら、装置全体の構成が、貯蔵タンク内の理想的な混合のためでなく、本来ポンプの出力と貯蔵タンクのリターン流を受ける個所との間の抽出箇所へ流体を理想的に供給するように設計されているからである。貯蔵タンク内への流体のリターン流は、使われなかった流体が、失われずにさらに利用可能にされるように、貯蔵タンク内へ戻されているだけのものである。

本発明による回転ポンプの流出開口は、貯蔵タンク内の流体の理想的な混合のためのみの作用をする。何故なら、流出開口は、それ自体閉じているポンプ・ハウジングの内部から貯蔵タンク内へ流体を再度直接送還するために、下記するように供給管路内へ流体の一部を送るために流出開口に加えて別の供給開口が設けられるときでさえも、タンク内の混合の質を常に同じにすることが保証されるからである。このことは、ある用途、例えばウェハの研磨に流体を使用するために外部ポンプ循環路内に流体を同時に搬送するような特別な場合に本発明による回転ポンプが追加の目的を果たす事実とは無関係に、流出開口を通って貯蔵タンクへ入る流体の搬送が生じることを意味する。

好ましい実施例では、圧力管路内へ流体を送るために、圧力管路に接続することができる供給開口がポンプ・ハウジングの箇所に設けられる。これに関連して、供給開口は、ポンプ・ハウジングの箇所の流出開口と決して同一ではないということが極めて重要である。というのは、流出開口を通して貯蔵容器内への流体の運搬は、いかなる場合にもポンプ・ハウジングの別の開口を通る流体の流れと分離しており、例えば、圧力管路内へ流体を送る場合、ポンプ・ハウジングから流出開口を介して貯蔵容器内に送られる流体の総量も、直接、すなわち配管なしで、貯蔵容器に達するという意味である。したがって、いかなる場合も、流出開口と供給開口は、ポンプ・ハウジングにおける分離した２つの別の開口である。

特別な実施例では、ポンプ・ハウジングのカバー、とりわけポンプ・ハウジングの取り外し可能なカバーに、流出開口及び／又は流入開口が設けられ、これらの開口は、例えば、穿孔及び／又は小さな管状の突起物によって簡単に形成することができて貯蔵容器内に達する。

特別な場合には、流入開口及び／又は流出開口は、円形断面及び／又は楕円形の断面及び／又は伸張した、とりわけ長方形の断面及び／又は環状の形をした断面及び／又は別の断面を有し、且つ／又は、流出開口の断面積は、流入開口の断面積の、１０％と１００％の間、好ましくは３０％と７０％の間、特に５０％と６０％の間である。つまり、流出開口の断面積は、好ましくは流入開口の断面積より小さい。このように、複数の流出開口にも十分な流体を同時に供給するために、いつでも十分な流体を取り入れられることが保証されて、その結果、貯蔵容器内の流体の均一で十分な通過混合が保証される。さらに、流出開口の径が比較的小さいと、ノズル効果により、流体が流出開口を離れる速度を増加させることができ、この方法によって、貯蔵容器内の優れた通過混合がさらに促進される。

これに関連して、特別な場合に、調整手段が流入開口の箇所及び／又は流出開口の箇所に設けられ、これで流入開口及び／又は流出開口の断面を変更することができて、その結果、この調整手段によって流入開口及び／又は流出開口を通る流体の流れを調整することができる。例えば、弁、遮蔽体、シャッタとして、又は別の調整手段として、流入開口の箇所又は流入開口内並びに／或いは流出開口の箇所又は流出開口内に調整手段を設けることができる。

貯蔵容器内の通過混合のさらなる最適化も、例えば、流入開口及び／又は流出開口をポンプ・ハウジングの軸芯に関して所定の角度で傾けることによって、及び／又はポンプ・ハウジングに対して外側に向けられた流入口スタッブ管として設計され小さな管状の突起物として形成することができる流出開口によって、及び／又はポンプ・ハウジングに対して外側に向けられた流出口スタッブ管として形成され小さな管状の突起物として同様に形成することができる流出開口によって、実現することができる。

好ましい実施例では、回転ポンプは、回転子を駆動するための固定子を有し、回転子は、機械的及び／又は磁気的にジャーナル軸受けされており、とりわけ固定子に対して非接触であり、且つ／又は回転ポンプがベアリングレス・モータとして設計されており、且つ／又は回転子が一体型モータとして設計されており、且つ／又は回転子が永久磁石でできている。

本発明は、さらに、混合するべき流体を受け取るための貯蔵容器を有し前述の本発明による回転ポンプを備える流体ミキサに関する。

別の実施例では、回転ポンプの流入開口は、供給管路を介して供給タンクに接続されて、その結果、供給タンクから回転ポンプに流体を送ることができ、且つ／又はその他の容器から貯蔵容器に添加剤を供給することができる。このことは、さらに外部的に配設された供給タンクに回転ポンプの流入開口を接続でき、この供給タンクから、例えば、流体を、回転ポンプの流入開口内へ重力によって運搬することができて、その結果、通過混合及び貯蔵容器の再充填のために、流体を、流出開口を通して貯蔵容器に送り得ることを意味する。

本発明による流体ミキサ内の流入開口及び／又は流出開口は、好ましくは、ポンプ・ハウジングのカバー、とりわけポンプ・ハウジングの取り外し可能なカバー内に設けられ、且つ／又はポンプ・ハウジングのカバーは、貯蔵容器の壁に、とりわけ貯蔵容器の底部領域に配置され、また、この特別な場合には、カバーが壁の一部、好ましくは貯蔵容器の底部領域の一部を形成するが、このことは必須ではない。

別の実施例では、流体ミキサにおいて、圧力管路を介して抽出箇所に流体を運搬することができ、且つ／又は貯蔵容器内の充填レベルの制御手段及び／又は調整手段並びに／或いは添加剤の量の制御手段及び／又は調整手段が設けられ、制御及び／又は調整は、好ましくはプログラマブル・データ処理装置によって支援又は実行することができる。

本発明による回転ポンプ及び／又は本発明による流体ミキサは、これに関連して、好ましくは、特にウェハ製造でのＣＭＰプロセス用又はコンピュータ・ハードドライブ製造用の懸濁液とりわけスラリの処理向け、並びに／或いは貯蔵容器内の懸濁液の循環及び／又は混合及び／又はポンピング向け、並びに／或いは粉末の流体への溶解及び／又は混合向け、並びに／或いは乳濁液の製作向け、並びに／或いはバイオリアクターの通過混合及び／又は曝気向けに使用される。

本発明による回転ポンプは、流体、例えばスラリなどの懸濁液が凝集しがちであり、したがっていつも動かしておかなければならない場合に、特に有利に使用することができる。本発明による回転ポンプは、貯蔵容器内でのデッド・ゾーンの形成を防ぎ、換言すれば実際には流体が動いていない領域の形成を防ぎ、これによって、前述のように、凝集しがちな懸濁液での使用に特に適する。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。図面は概略図である。

図１及び図２は、従来技術に関するものであり、本明細書の冒頭で既に詳細に述べたので、これらの図面についてさらなる説明は行わない。

図３ａは、本発明による流体ミキサの簡単な第１の実施例を概略的に示す。

図３ａの実施例は、例えば外部供給管路内に追加のポンピング作用を同時に生じるものではなく、単に流体の通過混合の機能を生じるだけの簡単な流体ミキサ１００である。流体ミキサ１００は、流体４、例えばスラリ４を受け取るために、貯蔵容器８を含む。貯蔵容器８は、回転ポンプ１のポンプ・ハウジング２に取り付けられて、その結果、ポンプ・ハウジング２のカバー１１が貯蔵容器８の底板を形成する。

破線矢印６１１によって示されるように、作動状態において流体４が流入開口６を通ってポンプ・ハウジング内に導入され、矢印７１１によって示されるように、回転ポンプ１によって流出開口７を通って貯蔵容器８内に送還され、これによって、貯蔵容器８内で、流体４の非常に優れた通過混合が実現され得る。

前述のように、本発明においては、一定の、すなわち定常状態の圧力条件を与えるために、回転ポンプが有効であることが判明した。例えば、半導体産業では、常により微細な懸濁液、すなわち、ナノメートル範囲まで小さくしたサイズの粒子を含んでいて十分に混合するのが特に難しく、連続的且つ一定の混合を維持するのが困難な懸濁液を使用して作業が行われるので、回転ポンプであることは特に重要である。回転ポンプによって一定の、すなわち定常状態の圧力条件を実現できることが、例えば、半導体産業では重要である。

図３ｂは、ベアリングレス・モータを備えた図３ａによるミキサ１００を示す。この特別な実施例では、回転ポンプ１は、それ自体既知の態様で回転子３を駆動する固定子１２を含み、回転子３は、固定子１２に対して機械的及び／又は磁気的に、特に磁気的且つ非接触に、ジャーナル軸支されている。すなわち、回転ポンプ１は、好ましくはベアリングレス・モータ１３として設計される。この特別な例では、回転子３は一体型回転子３として設計されることができ、好ましくは永久磁石である。機械的に攻撃的な液体、換言すれば機械的に攻撃的な粒子を含み、通常非常に急速に機械的ベアリング及びポンプの他の構成要素を破壊する懸濁液を通常機械的にジャーナル軸支されたポンプで運搬しなければならないときに、駆動部として磁気的にジャーナル軸支された非接触回転子３を含むこの種の回転ポンプ１は、常に特に有利である。しかしながら、化学分野における超純度の流体又は高感受性の液体若しくは流体、或いは、製薬分野における血液又は他の感受性の物質及び／又は超純度の物質等の医薬品を運搬しなければならないときにおいても、図３ｂ又は図３ｄによるベアリングレス・モータの使用が特に適している。

本発明による図３ａの流体ミキサの別の実施例が、図３ｃ及び図３ｄに示されている。図３ｃ及び図３ｄの実施例では、供給開口１０を設けて圧力管路９に接続することができ、その結果、回転ポンプ１によって外部ツールに流体を供給することができる。外部ツールは、例えばウェハ又は他の任意のデバイスを研磨する機能を有する研磨ステーションでよく、そこには良好に混合された流体４を送る必要がある。図３ｄの実施例は、単に図３ｃによる特別な実施例であり、図３ｂについて既に説明したように、回転ポンプ１としてベアリングレス・モータを有する回転ポンプを含む。供給開口１０と流出開口７は同一ではなく、また、これらは、例えば図１の従来技術の構造のように直接接続されるのではなく、流体４は、流出開口７から供給開口１０へ、又はその逆に、例えばポンプ・ハウジング２を介して間接的にしか通ることができない。

本発明による全ての回転ポンプ１は、基本的に閉鎖型回転ポンプ１であり、このことが、これらを例えば図２に示されるような従来技術と実質的に区別することを再度強調する必要がある。

回転ポンプ１を有する流体ミキサ１００の参考例が図４に示され、回転ポンプ１は、完全に貯蔵容器８の内部に配置されている。この装置では、回転ポンプ１は、固定手段、例えばねじで貯蔵容器８に固定することができ、又は簡単に、貯蔵容器８に固定することなしに、貯蔵容器内に単に挿入することができる。図４の参考例では、ミキサ１００は、圧力管路９に接続された供給開口１０を含み、その結果、図３ａから図３ｄに対応する６１１及び矢印７１１の記号によって示される流体４の通過混合に加えて、同時に流体４を、さらなる処理のために、回転ポンプ１によって貯蔵容器８から圧力管路９を介して送ることができる。

図４による参考例では、回転ポンプ１も貯蔵容器８内に配置することができて、追加の供給開口は備えず、したがって流体４の通過混合の働きをするだけであることを理解されたい。

さらに、図４に概略的に示されるように、放射状の流入開口６及び／又は放射状の流出開口７を設けることが可能であり、そうすることにより貯蔵容器８内の流体４の混合をかなり改善することができる。

図４による参考例の特別な利点は、装置の融通性が非常に高いことである。回転ポンプ１は、高価な組立て作業を必要とせずに特に簡単に貯蔵容器８内に配置するか、又はこれから除去することができ、したがって、特に、回転ポンプ１の交換、装置の修理、点検を簡単且つ経済的に行うことができる。

ポンプ・ハウジング２のカバー１１の５つの異なる例が図５ａから図５ｅに概略的に示されている。これらは、要件すなわち流体４の性質又は特性、混合される流体４の性能、貯蔵容器８の寸法又は形状、或いは供給開口１０等を介して外部管路内へのポンピング作用を実現する必要があるか否か等の要件に応じて、特別な利点を生じる。

流入開口６及び流出開口７は、例えば図５ａ、図５ｂ及び図５ｃに示すように円形断面６１、７１を有することができ、流出開口７は図５ｅのように楕円形で環状の、又は伸張した形の断面６３、７３を有することができ、特に図５ｄのように長方形の断面６３、７３を有することができる。流入開口６及び流出開口７のいずれについても、図示された形状の任意の適切な組合せを採用できるのは当然である。特に複数の流入開口６及び／又は４つより多いか少ない流出開口７を、あらゆる可能な変形及び組合せを採用したそれぞれの場合において、特に図５ａから図５ｅに示される特別な実施例の、断面領域６１、７１及び／又は流入口スタッブ管６及び／又は流出口スタッブ管７を使用する場合において、有利に使用することができる。流入口スタッブ管６及び／又は流出口スタッブ管７を貯蔵容器８内へ大きく延びるようにして、流体４のより優れた混合を実現することも可能である。例えば何らかのやり方で貯蔵容器８内に設けたホース又はチューブによって流入口スタッブ管６及び／又は流出口スタッブ管７を延長し、それによって混合をさらに最適化することもできる。

流出開口７の断面積７１、７２、７３は、流入開口６の断面積６１、６２、６３の、１０％と１００％の間、好ましくは３０％と７０％の間、特に５０％と６０％の間であり、且つ／又は図５ａから図５ｅに示されていない調整手段が流入開口６の箇所及び／又は流出開口７の箇所に設けられ、これで流入開口６の断面積６１、６２、６３及び／又は流出開口７の断面積７１、７２、７３を変更することができるようにし、その結果、流入開口６を通る流体４の流れ及び／又は流出開口７を通る流体４の流れを調整するか又は所定の値に調節するようにすることができる。

例えば流出口スタッブ管７００及び／又は流入口スタッブ管６００がポンプ・ハウジング２の軸芯Ａに対して傾斜し得る角度αを、適切な手段によって変化させるか又は所定の値に調節し、それによって貯蔵容器８内の流体４の混合をさらに最適化することもできるのは当然ある。

最後に、本発明による流体ミキサ１００を備え回転ポンプ１を有する完全な供給装置１０００が、図６に概略的に示されている。

図６の供給装置１０００は、例えば、流体４をスラリの形で含む貯蔵タンク８を含む。スラリは、例えば、図示されていない研磨装置で研磨されることになっているウェハを研磨する働きをする。研磨装置は、流体４の供給を受けるために抽出箇所１３に接続される。このために、スラリ４は、本発明による回転ポンプ１によって貯蔵容器８から供給開口１０を介して圧力管路９内に送られる。圧力管路は、この例では環状管路９０として形成されて、その結果、抽出箇所１３のうちの１つでは抽出されない流体４を、さらなる利用のために、環状管路９０及び還流開口８０を介して貯蔵容器８内へ戻すことができる。

本発明によれば、流体４は、回転ポンプ１によって貯蔵容器８内で同時に理想的に混合され、既に詳細に説明したように、流体は、矢印６１１に従って流入開口６を介して回転ポンプ１のポンプ・ハウジング２へ導入され、流出開口７を通って再びタンク内へ送還されて流体４が混合される。

前述の本発明による実施例は、単に例示のためのものと理解されるべきであり、本発明は、特に、説明された実施例の全ての適切な組合せを含むが、それだけではないことを理解されたい。

従来技術からの混合装置を示す図である。 流れの向きを変更するためのベーンを有する既知の混合装置を示す図である。 図２による混合装置で、流れの向きを変更するためのベーンがないものを示す図である。 本発明の実施例の流体ミキサを示す図である。 ベアリングレス・モータを有する図３ａによるミキサを示す図である。 圧力管路を有する図３ａによるミキサを示す図である。 ベアリングレス・モータを有する図３ｃによるミキサを示す図である。 参考例による回転ポンプを有する貯蔵容器を示す図である。 ポンプ・ハウジングのカバーの例を示す図である。 ポンプ・ハウジングのカバーの例を示す図である。 ポンプ・ハウジングのカバーの例を示す図である。 ポンプ・ハウジングのカバーの例を示す図である。 ポンプ・ハウジングのカバーの例を示す図である。 本発明の実施例の回転ポンプを有する供給装置を示す図である。

符号の説明

１ 回転ポンプ
２ ポンプ・ハウジング
３ 回転子
４ 流体
５ 駆動部
６ 流入開口
７ 流出開口
８ 貯蔵容器
９ 圧力管路
１０ 供給開口
１１ カバー
１２ 固定子
１３ ベアリングレス・モータ
８０ 還流開口
９０ 環状管路
１００ 流体ミキサ
６００ 流入口スタッブ管
６１１ 矢印
７００ 流出口スタッブ管
８００ 壁
１０００ 供給装置
Ａ 軸芯
α 傾斜角

Claims (12)

1. 密閉型ポンプ・ハウジング（２）内に配置されて流体（４）のポンピング用駆動部（５）と作動的に連結された回転子（３）を含み、前記ポンプ・ハウジング（２）に、該ポンプ・ハウジング（２）内に前記流体（４）を取り入れるための流入開口（６）と、該ポンプ・ハウジングから前記流体（４）を少なくとも部分的に該流体（４）で充填された貯蔵容器（８）内へ送るための流出開口（７）とを備えた回転ポンプであって、
   前記流入開口（６）が、前記貯蔵容器（８）の壁部の一部を形成する前記ポンプ・ハウジング（２）の壁部に設けられていて、該ポンプ・ハウジング（２）内に前記流体（４）を所定の方向へ流入させるようになっており、
   前記流出開口（７）が、前記ポンプ・ハウジングの前記壁部の、前記流入開口（６）の外側位置に複数設けられていて、前記流体（４）を、該ポンプ・ハウジング（２）の該壁部から該流出開口（７）を通して前記貯蔵容器（８）へ配管なしで直接供給することができるように構成され、
   前記各流出開口（７）が、前記流入開口（６）から離れる方向へ向いており、
   前記流出開口（７）が、前記ポンプ・ハウジングの前記壁部から前記貯蔵容器（８）の中へ延在する複数の方向性スタッブを含み、前記方向性スタッブは、該ポンプ・ハウジングの該壁部に対して、前記所定の方向から離れるように方向性を持って構成されたそれぞれのスタッブ出口を有する、回転ポンプ。
2. 圧力管路（９）内へ前記流体（４）を送るために、前記圧力管路（９）に連結可能な供給開口（１０）を前記ポンプ・ハウジング（２）に設けた請求項１に記載の回転ポンプ。
3. 前記ポンプ・ハウジングの前記壁部が、前記ポンプ・ハウジングのカバー（１１）である請求項１又は請求項２に記載の回転ポンプ。
4. 前記流入開口（６）及び／又は前記流出開口（７）が円形断面（６１、７１）及び／又は楕円形の断面（６２、７２）及び／又は伸長された断面、特に長方形のもの及び／又は環状断面（６３、７３）及び／又は別の断面を有し、且つ／又は前記流出開口（７）の断面積（７１、７２、７３）が前記流入開口（６）の断面積（６１、６２、６３）に対して、１０％と１００％の間であり、且つ／又は前記流入開口（６）及び／又は前記流出開口（７）に調整手段が設けられ、それによって前記流入開口（６）の前記断面（６１、６２、６３）及び／又は前記流出開口（７）の前記断面（７１、７２、７３）を変更することができるようになっている請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の回転ポンプ。
5. 前記流入開口（６）及び／又は前記流出開口（７）が、前記ポンプ・ハウジング（２）の軸芯（Ａ）に対して所定の角度（α）で傾けられている請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の回転ポンプ。
6. 前記流入開口（６）が前記ポンプ・ハウジング（２）の前記壁部に対して外側に向けられた流入口スタッブ（６００）として形成され、且つ／又は前記流出開口（７）が前記ポンプ・ハウジング（２）の前記壁部に対して外側に向けられた流出口スタッブ（７００）として形成される請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の回転ポンプ。
7. 前記回転子（３）を駆動するための固定子（１２）を有し、前記回転子（３）が前記固定子（１２）に対して、機械的及び／又は磁気的に、特に磁気的且つ非接触にジャーナル軸受けされ、且つ／又はベアリングレス・モータ（１３）として設計され、且つ／又は前記回転子（３）が一体型回転子（３）として設計され、且つ／又は前記回転子（３）が永久磁石である請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の回転ポンプ。
8. 混合されるべき流体（４）を受け入れる貯蔵容器（８）を有し、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の回転ポンプ（１）を備えることを特徴とする流体ミキサ。
9. 前記回転ポンプ（１）の前記流入開口（６）が供給管路を介して供給タンクと接続されて、前記供給タンクから前記回転ポンプ（１）に前記流体（４）を供給することができ、且つ／又は他の材料を他の容器から前記貯蔵容器（８）に供給することができるようになっている請求項８に記載の流体ミキサ。
10. 前記ポンプ・ハウジングの前記壁部が前記ポンプ・ハウジングのカバー（１１）であり、且つ前記ポンプ・ハウジング（２）の前記カバー（１１）が前記貯蔵容器（８）の前記壁部（８００）の一部を形成している請求項８または請求項９に記載の流体ミキサ。
11. 前記流体（４）を、前記圧力管路（９）を介して抽出箇所（１３）に送ることができ、且つ／又は流体流量を制御及び／又は調整する手段が設けられ、且つ／又は添加剤の量を制御及び／又は調整する手段が設けられる請求項８から請求項１０までのいずれか一項に記載の流体ミキサ。
12. ウェハ製造又はコンピュータ・ハードドライブの製造でのＣＭＰ工程における、流体、特にスラリ等の懸濁液（４）の処理のため、並びに／或いは貯蔵容器（８）内の懸濁液（４）の循環及び／又は混合及び／又はポンピングのため、並びに／或いは粉末の流体（４）への溶解及び／又は混合のため、並びに／或いは乳濁液（４）の製作のため、並びに／或いはバイオリアクターの通過混合及び／又は曝気のための、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の回転ポンプ（１）及び／又は請求項８から請求項１１までのいずれか一項に記載の流体ミキサ（１００）の利用法。
    

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